光的折射

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介绍

光在单一方向传播时沿直线传播。光速的某种变化会导致其路径方向发生变化，这就是光从一种透明介质穿过边界进入另一种透明介质后发生折射的情况。光的折射使人眼能够观察到棱镜和彩虹。如果没有光的折射，人眼就无法聚焦到光的路径。

什么是光的折射？

折射是指光线从一种透明物质穿过边界进入另一种透明物质后立即弯曲的过程。它也发生在其他波，如声波和水波中，折射过程是使人眼能够看到透镜、棱镜和彩虹的唯一原因。折射也使人眼能够聚焦，如果没有光的折射，就无法聚焦于物体 (Sciencelearn, 2022)。

图1：光的折射

光的折射主要发生在光波以一定角度偏离其正常路径，然后穿过边界从一种介质进入另一种介质时。

在这里，光线的路径发生了速度变化，这主要由折射过程控制。当从一个角度传播到不同的介质时，折射过程遵循不同的折射率 (Malik et al. 2021)。在光的一部分发生偏转后，可以看到光线根据其性质发生折射。

折射的类型

从较密介质到较稀介质

在从较密介质到较稀介质的折射中，折射率小于1，入射角小于折射角。这里，折射光线偏离法线达10度 (Leverageedu, 2022)。在玻璃和空气之间，当发生空气折射时，光线是从较密介质传播到较稀介质。

从较稀介质到较密介质

在从较稀介质到较密介质的折射情况下，折射率大于1，入射角大于折射角。之后，折射光线趋向于向法线方向偏转 (Leverageedu, 2022)。当光线在空气和水之间发生折射时，光线是从较稀介质传播到较密介质。

光的折射定律

光的折射定律指出，入射光线、折射光线和在入射点处两种介质界面的法线位于同一平面内。除此之外，光的折射也遵循折射角正弦之比在折射过程中保持不变 (Dido et al. 2021)。该定律也称为斯涅尔折射定律。

斯涅尔定律

斯涅尔折射定律是理解光线从一种介质传播到另一种介质时如何发生折射的重要组成部分。斯涅尔定律讨论的是弯曲光线角度对两种介质折射率的影响。

图2：斯涅尔定律

斯涅尔定律源于菲涅耳方程或费马原理，它指出入射角正弦与折射角正弦之比为常数。

斯涅尔折射定律的公式为 n₁/n₂ = sin θ₂/ sin θ₁ (Leverageedu, 2022)。

光的折射原因

光的折射通常发生在折射光线的频率保持不变较长时间时。当折射光线的强度小于入射光线时，光的折射过程会自动发生。这仅发生在光的吸收和部分反射接触介质界面时 (Sciencelearn, 2022)。

图3：折射的原因

除此之外，当光线穿过边界并发生偏转时，也会发生折射。此外，当光波长和光速发生变化时，也会发生折射 (Dido et al. 2021)。

折射过程通常发生在不同的介质之间，其中光线从一种透明介质传播到另一种介质。

结论

光的折射是使人眼能够看到光线路径的重要过程。这个过程主要由折射光线的稳定频率和入射光线较高的强度触发。例如，当白光穿过棱镜时，由于光的折射，它会分裂成七种不同的颜色成分。

常见问题

问1. 光的反射有哪些应用？

折射与光学技术有关，因此，每当使用透镜形成放大图像时，都会发生折射过程。它也应用于恒星的闪烁和海市蜃楼。

问2. 什么是折射率？

折射率是衡量光线从一种透明介质穿过边界进入另一种透明介质后弯曲程度的方法。它表示为 n = c/v，其中光线速度与光在该物质中的速度之比。

问3. 空气、水和钻石等透明物质的折射率是多少？

空气的折射率为 1.00，水的折射率为 1.33。同样，钻石的折射率为 2.4，是所有透明物质中最高的。

问4. 光的折射有哪些现实生活中的例子？

彩虹和海市蜃楼的形成是光的折射最合适的例子。另一个例子是游泳池看起来很浅；实际上，这是由于光的折射造成的深度。

参考文献

书籍

Fortson, N. (2022). Discovering the Nature of Light: The Science and the Story. Retrieved from: https://www.worldscientific.com

期刊

Dido, F., Mongan, S., Mandang, T., Palilingan, R., Mondolang, A., & Poluakan, C. (2021, July). Analysis of student difficulties in learning refraction of light. In Journal of Physics: Conference Series (Vol. 1968, No. 1, p. 012033). IOP Publishing. Retrieved from: https://iopscience.iop.org

Malik, A., Mardianti, D., Nurlutfiah, D., Izzah, D. W., Mulhayatiah, D., Nasrudin, D., & Suhendi, H. Y. (2021, March). Determination of refractive index on three mediums based on the principle of refraction of light. In Journal of Physics: Conference Series (Vol. 1806, No. 1, p. 012003). IOP Publishing. Retrieved from: https://iopscience.iop.org

网站

Leverageedu, (2022). Refraction of light. Retrieved from: https://leverageedu.com [2022年6月9日访问]

Sciencelearn, (2022).Causes of refraction of light. Retrieved from: https://www.sciencelearn.org.nz [2022年6月9日访问]